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第11章选修3：物质结构与性质（2）1(2018石家庄调研)铜及其化合物在生产生活中有着广泛的用途。(1)基态铜原子的核外电子排布式为_1s22s22p63s23p63d104s1_，其晶体的堆积方式为_面心立方最密堆积_，其中铜原子的配位数为_12_。(2)向硫酸铜溶液中滴加氨水，首先形成蓝色沉淀；继续滴加氨水，沉淀溶解，得到深蓝色的透明溶液；继续向溶液中加入乙醇，会析出深蓝色晶体Cu(NH3)4SO4H2O。氨水中各元素原子的电负性由大到小的顺序为_ONH_(用元素符号表示)。NH3中N原子的杂化轨道类型为_sp3_，与其互为等电子体的阳离子为_H3O_。向蓝色沉淀中继续滴加氨水，沉淀溶解是因为生成了四氨合铜配离子，四氨合铜配离子的结构式为_ 降低溶剂极性，使Cu(NH3)4SO4H2O析出(答案合理即可)_。(3)CuCl2和CuCl是铜的两种常见的氯化物。如图表示的是_CuCl_(填“CuCl2”或“CuCl”)的晶胞。原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置，图中各原子坐标参数：A为(0,0,0)，B为(0,1,1)，C为(1,1,0)，则D原子的坐标参数为_。晶胞中C、D两原子核间距为298 pm，阿伏加德罗常数为NA，则该晶体密度为gcm3(列出计算式即可)。解析 (1)在铜氨配离子中，NH3中的N提供孤电子对、Cu2提供空轨道形成配位键，故铜氨配离子的结构式为；加入乙醇后析出晶体是因为降低溶剂极性，使Cu(NH3)4SO4H2O析出。(3)利用“均摊法”知，每个晶胞中含有Cu、Cl的数目均为4，因此图示晶胞为CuCl；晶胞可认为由8个等体积小晶胞组成，D原子恰好处于小晶胞的体心，因此D原子的坐标为；连接晶胞中A、C两原子，过D原子作AC的垂线，交AC于E点，设晶胞的边长为x cm，则依据CD的长度和D原子的坐标和直角三角形CDE可得22(2981010)2，解得x1010，则可求出晶胞的体积为31030 cm3，故该晶胞的密度为 gcm3。22016年诺贝尔化学奖授予在“分子机器设计和合成”领域有突出成就的三位科学家，其研究对象之一“分子开关”即与大环主体分子苯芳烃、硫或氮杂环杯芳烃等有关。回答下列问题：(1)对叔丁基杯4芳烃(如图所示)可用于B族元素对应的离子萃取，如La2、Sc2。写出基态二价钪离子(Sc2)的核外电子排布式：_1s22s22p63s23p63d1或Ar3d1_，其中电子占据的轨道数为_10_个。(2)对叔丁基杯 4 芳烃由4个羟基构成杯底，其中羟基氧原子的杂化方式为_sp3_。羟基间的相互作用力为_氢键_。(3)不同大小的杯芳烃能识别某些离子，如N、SCN等。根据等电子体原理判断N的空间构型为_直线形_；一定条件下，SCN与MnO2反应可得到(SCN)2。试写出(SCN)2的结构式：_NCSSCN_。(4)已知C60分子结构和C60晶胞示意图如下所示：则一个C60分子中含有的键个数为_90_，与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有_12_个，C60晶体的密度为_1.67_g/cm3(计算结果保留两位小数)。解析 (2)羟基氧原子有2个键，2对孤电子对，价层电子对数是4，因此杂化方式是sp3杂化；4个羟基之间无共价键相连，但符合形成氢键的条件，因此羟基间的相互作用力是氢键。(3)N与CO2互为等电子体，因此N的空间构型为直线形；SCN与MnO2反应可得到(SCN)2，说明SCN的性质与Cl类似，则(SCN)2也应具有类似Cl2的结构，结合(SCN)2中N是3价，C是4价，S是1价可知(SCN)2的结构式是NCSSCN。(4)从图可以看出，C60分子中每个C原子与其他3个C原子形成2个碳碳单键和1个碳碳双键，共3个键，根据均摊法，一个C原子实际含有的键个数为，所以一个C60分子中含有的键个数为6090；C60的晶胞是面心立方结构，所以与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有12个；1个C60晶胞中含有的C60分子个数是864，晶胞的质量m g，而晶胞的体积V(1.42107)3 cm3，所以C60晶体的密度1.67 g/cm3。3有A、B、C、D、E五种原子序数依次增大的元素(原子序数均小于30)。A的基态原子2p能级有3个单电子；C的基态原子2p能级有1个单电子；E原子最外层有1个单电子，其次外层有3个能级且均排满电子；D与E同周期，价电子数为2。则：(1)B元素的氢化物的沸点是同族元素氢化物中最高的，原因是_H2O分子间存在氢键_。(2)A、B、C三种元素的氢化物稳定性由强到弱的顺序为_HFH2ONH3_(用化学式表示)。(3)A的最简单氢化物分子的空间构型为_三角锥形_，其中A原子的杂化类型是_sp3_杂化。(4)A的单质中键的个数为_1_，键的个数为_2_。(5)写出基态E原子的价电子排布式：_3d104s1_。(6)C和D形成的化合物的晶胞结构如图所示，已知晶体的密度为 gcm3，阿伏加德罗常数为NA，则晶胞边长acm(用含、NA的计算式表示)。解析 由题干信息可推出A、B、C、D、E五种元素分别是N、O、F、Ca、Cu。(6)C和D形成的化合物是CaF2，一个晶胞中有4个“CaF2”，所以一个晶胞的质量是 g，一个晶胞的体积是a3 cm3，根据 gcm3，则a cm。4(2018湖南三湘名校第三次联考)已知A、B、C、D都是周期表中的短周期元素，它们的核电荷数依次增大。A原子、C原子的L能层中都有两个未成对的电子，C、D同主族。E、F都是第四周期元素，E原子核外有4个未成对电子，F原子除最外能层只有1个电子外，其余各能层均为全充满。根据以上信息填空：(1)基态D原子中，电子占据的最高能层符号为_M_，该能层具有的原子轨道数为_9_。(2)E2的价层电子排布图是_，F原子的电子排布式是_1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1_。(3)A的最高价氧化物对应的水化物分子结构式为_，其中心原子采取的轨道杂化方式为_sp2杂化_，B的气态氢化物的VSEPR模型为_四面体_。(4)化合物AC2、B2C和阴离子DAB互为等电子体，它们结构相似，DAB的电子式为_。(5)配合物甲的焰色反应呈紫色，其内界由中心离子E3与配位体AB构成，配位数为6。甲的水溶液可以用于实验室中E2的定性检验，检验E2的离子方程式为_3Fe22Fe(CN)63=Fe3Fe(CN)62_。(6)某种化合物由D、E、F三种元素组成，其晶胞如图所示，则其化学式为_CuFeS2_。该晶胞上下底面为正方形，侧面与底面垂直，根据图中所示的数据列式计算该晶体的密度：_4.32_g/cm3。解析 由题中信息可推出A是C元素，B是N元素，C是O元素，D是S元素，E是Fe元素，F是Cu元素。(4)CO2的结构式是O=C=O，SCN与CO2是等电子体，结构相似。(6)晶胞中F(Cu)原子的数目是8414，E(Fe)原子的数目是464，D(S)原子全部位于晶胞内部，数目是8，所以Cu、Fe、S原子的数目之比是4：4：81：1：2，故其化学式为CuFeS2；一个晶胞中有4个“CuFeS2”，晶胞质量m g，晶胞体积V(5241010)21 0301010 cm3，所以晶体的密度4.32 g/cm3。5已知A、B、C、D、E、F都是周期表中前四周期的元素，它们的核电荷数依次增大。其中基态A原子价电子排布式为nsnnpn1；化合物B2E为离子化合物，E原子核外的M层中只有两对成对电子；C元素是地壳中含量最高的金属元素；D单质常用于制作太阳能电池和集成电路芯片；F原子最外层电子数与B的相同，其余各内层轨道均充满电子。请根据以上信息，回答下列问题：(1)A、B、E的第一电离能由小到大的顺序为_NaSN_。(2)B的氯化物的熔点比D的氯化物的熔点_高_(填“高”或“低”)。(3)氢化物A2H4分子中A原子采取_sp3_杂化。(4)按原子的外围电子排布分区，元素F在_ds_区，二价阳离子F2与过量的A的简单氢化物的水溶液反应的离子方程式为_Cu24NH3H2O=Cu(NH3)424H2O_。(5)元素A和C可形成一种新型化合物，其晶体具有很高的硬度和熔点，其化合物中所含的化学键类型为_共价键_。(6)A、F形成某种化合物的立方晶胞结构如图所示(其中A显3价，每个球均表示1个原子)，则其化学式为_Cu3N_。设阿伏加德罗常数的值为NA，距离最近的两个F原子的核间距为a cm，则该化合物的晶胞密度为g/cm3(用含a和NA的代数式表示)。解析 由题意可知，A、B、C、D、E、F分别为N、Na、Al、Si、S、Cu元素。(1)N元素2p能级为半充满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，同周期元素随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，同主族元素自上而下第一电离能逐渐减小，故第一电离能：NaSSiCl4。(3)氢化物N2H4分子中N原子形成2个NH键、1个NN键，还含有1对孤电子对，故N原子采取sp3杂化。(4)按原子的外围电子排布分区，元素Cu在ds区，Cu2与过量的氨水反应的离子方程式为Cu24NH3H2O=Cu(NH3)424H2O。(5)元素N和Al可形成具有很高的硬度和熔点的AlN，该化合物属于原子晶体，其化合物中所含的化学键为共价键。小球数目为81，大球数目为123，其中N显3价，则小球为N原子，大球为Cu原子，则其化学式为Cu3N。晶胞质量为 g，距离最近的两个Cu原子的核间距为a cm，则晶胞棱长为a cm2a cm，则该化合物的晶胞密度为 g/cm3。6硫元素价态众多，可与卤素、氮等元素化合形成许多复杂的化合物，在科学技术和生产中有着重要的应用。(1)六氟化硫(SF6)具有良好的电绝缘性能及优异的灭火性能。其分子中有_6_对完全相同的成键电子对。基态S原子有_2_个未成对电子。(2)二氯化二硫是广泛用于橡胶工业的硫化剂，分子结构为，其中S原子轨道的杂化类型是_sp3_，它是_极性_(填“极性”或“非极性”)分子。(3)S4N4是亮橙色固体，不溶于水，溶于苯等有机溶剂，是一种重要的金属有机化学反应物。S4N4与Ag在一定条件下反应，失去N2而缩合成(SN)x。(SN)x合成于1910年，过了五十年，才发现它在0.26 K的低温下，可转变为超导体。(SN)x的结构式如图所示：已知1.20105 mol S4N4与Ag发生缩合，生成了1.20105 mol N2，生成二百聚物(SN)200和三百聚物(SN)300。若测得缩合产物中二百聚物的质量分数为0.50，则：S4N4的晶体类型是_分子_(填“分子”“原子”或“离子”)晶体。缩合产物中三百聚物的物质的量为_400_mol_；若Ag的实际使用量为8.64 kg，则Ag的循环使用次数(缩合时生成Ag2S需要消耗Ag的物质的量与实际使用Ag的物质的量的比值)为_6_000_。(4)Ag单质为面心立方晶体，其晶胞参数a4.081010m，晶胞中Ag原子的配位数为_12_。列式计算Ag单质的密度：_gcm3(不必计算出结果)。解析 (3)设(SN)200、(SN)300的物质的量分别为x mol、y mol，则46200x(46200x46300y)0.5，根据氮原子守恒，200x300y1.2010541.201052，解得x600 mol，y400 mol，即(SN)200为600 mol，(SN)300为400 mol。根据硫原子守恒，生成600 mol (SN)200和400 mol (SN)300，失去了1.20105 mol N2，同时有2.4105 mol S减少，生成了2.4105 mol Ag2S，需要消耗4.8105 mol Ag，所以Ag的循环使用次数为4.8105 mol(8.641 000108) mol6 000次。(4)Ag单质为面心立方晶体，Ag的配位数为12。每个晶胞中含有的Ag原子数目为864，晶胞参数a4.08108 cm，则Ag单质的密度为(4.08108 cm)3。
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